摘要：电测深曲线的理论解释方法有量板法、辅助量板法和计算机反演等， 但这些方法不适用于野外操作，本文结合鲁西北地区抗旱打井论述了利用拐点切线法解释电测深曲线的基本方法。
关键词：第四系 电性层 拐点切线法 抗旱打井
2010年10月至2011年4月，山东省大部分地区遭遇百年一遇特大干旱，部分地区人畜用水困难，农作物缺水枯萎。面对严重灾情，国土资源部、中共山东省委和山东省人民政府高度重视。山东省国土资源厅和山东省地勘局迅速对抗旱打井工作做出统一部署，组织国土资源系统有关单位支援地方抗旱救灾。山东省鲁北地质工程勘察院对口支援德州和滨州两地部分县、市、区。接到任务后，我院立即组织专业技术人员奔赴抗旱打井第一线，按照物探先行钻井跟进的工作程序，开展物探找水、井位确定和钻探成井工作。根据物探资料准确确定井位和成井深度，可以减少打井盲目性、提高成井率、节约打井资金。由于时间紧、灾情重，物探定井工作显得尤为重要。德州和滨州两地地处鲁西北平原，区内（100m以内）地下水水质在垂向上可以有四种结构五种情况：全淡、全咸的单层结构；淡—咸或咸—淡的双层结构；淡—咸—淡的三层结构。物探工作的目的就是确定咸、淡水分界面、淡水含水层的位置和成井深度。
1、区域地质概况
1.1 地层
鲁西北平原，地表为第四系覆盖，其上部为浅黄、灰黄色砂质粘土、粘质砂土、粉土夹粉砂，下部为浅灰色、棕红、灰绿色砂质粘土、粘土与粉砂、细砂互层，钙质结核发育，粘性土结构致密。底部见钙质胶结砂岩。厚度230～305m。现将本区第四系地层有老到新简述如下。
下更新统（Q1）：岩性主要为棕黄、浅棕红、灰褐、灰绿色的粉质粘土、粘土互层，中间夹数层中细砂层，单层厚度3～8m，结构致密，富含钙质结核及少量铁锰质结核。砂层底部常为钙质胶结砂岩或砂砾岩，厚度一般为75～80m。
中更新统（Q2）：岩性以棕黄、褐黄、土黄色为主的粉质粘土、粉土互层夹粉砂，粉细砂、细砂。结构较致密，含多层钙质结核及钙质沉积层，并见有锰斑及灰绿色条纹，砂层中常夹有钙质结核及小砾石，厚度为83～85m。
上更新统（Q3）：岩性主要以锈黄色、土黄色粉土为主，次为粉质粘土夹粉砂、细砂层，砂层单层厚度2～4m。粘性土的显著特征是锈染发育，含分散钙核。结构较松散，常见有虫孔构造及植物残体。本统厚度为75～77m。
全新统（Q4）：岩性为灰黄、灰褐色粉砂、粉土、粉质粘土所组成，结构松散，具水平层理。底部常夹有1～2层淤泥质层，厚度25～30m。
1.2 水文地质特征
本区属黄河下游冲积平原水文地质区，地下水类型为松散岩类孔隙水，地下水主要赋存于第四系和新近系松散沉积物孔隙中。由于受新生代以来阶段性和差异性升降运动的影响，含水层（组）在空间分布上结构复杂、重叠交错，具有明显的垂直分带性[1]。
本区100m以内含水层（组）为潜水—微承压水。含水层岩性以粉砂、粉细砂为主，淡水含水层厚度5～10m，单井涌水量15Ω.m时，一般为淡水，适于灌溉和饮用。当ρ<10Ω.m时，一般为咸水。当10Ω.m≤ρ≤15Ω.m时，水的矿化度（C）一般大于1.5g/l。需根据当地的地电条件和对水质的要求进一步分析确定。
影响含水层电阻率的主要因素是水质，同时也与含水层的厚度有关。在鲁西北地区，我们根据大量对比试验（物性测定）找出了含水层电阻率（ρ）与水的矿化度（C）对应关系（见表1）.
表1 含水层电阻率与矿化度的关系
3、砂层（含水层）在电测深曲线上的特征
电测深最适于在水平成层的地电断面情况下，探测岩层电阻率随深度的变化情况。它是在地面的一个测深点上（即MN极的中点），通过逐次加大供电电极AB极距的大小，测量同-点的、不同AB极距的视电阻率ρS值，从而研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。在AB极距短时，电流分布浅，ρS曲线主要反映浅层情况；AB极距大时，电流分布深，ρS曲线主要反映深部地层的影响。ρS曲线是绘在以AB/2（横）和ρS（纵）为坐标系的双对数坐标纸上。当地下岩层界面平缓不超过20°时，应用电测深法为勘探手段，推断解释各层的厚度、深度较为可靠。电测深法在水文地质、工程地质和煤田地质工作中应用较多[2，3]。
水质和砂层厚度是电测深曲线中的一对主要矛盾，水质是矛盾的主要方面，电阻率的大小主要由水的矿化度大小所决定。当水质基本稳定时，砂层厚度就是矛盾的主要方面，而电阻率的大小主要是由砂层厚度所决定。在鲁西北地区，含水层（淡水）在电测深曲线上常见的有一下几种表现形式：
（1）曲线中较短的上升段一般都是砂层的反应。很长而且较圆滑的上升段，有时是水质变化造成的；有时是含大量礓石的粘土。而在砂层较多的沿黄地区往往是很厚的砂层。
（2）阶梯式曲线中的水平段或缓降段，大部分是砂层的反应。但在水质很好而ρS值却不很大的地区，应慎重考虑，最好用控制曲线对比法做进一步分析。
（3）平顶式曲线中的水平段，当ρS值较大，或者其后面的低阻层ρS值下降较快时，往往是砂层的反应。当ρS值不很大，或者曲线较平缓时，应做进一步分析。
（4）斜顶式曲线及逐降式曲线中的缓降段，当ρS值较大，或者其后面的低阻层ρS值下降较快时，往往是砂层的反应。ρS值不很大，或者曲线较平缓时，应做进一步分析。
（5）夹在两个高阻层之间的低阻层，一般不是砂层的反应。
4、拐点切线法解释电测深曲线
电测深曲线的解释方法有量板法、辅助量板法、计算机反演等。对野外实测电测深曲线现场进行解释，上述方法显然不太适用，因此，我们提出了简单、实用、快速有效的拐点切线法。现以一条淡—咸—淡三层结构（100m以内）的电测深曲线为例（如图1），将其解释步骤说明如下：
图1 电测深曲线拐点切线解释法
（1）作出与目的层（含水层）曲线段重合最长的拐点切线P1，及其上部相邻电性层的拐点切线P2和下部相邻电性层的拐点切线P3，P1、P2两切线的交点为O1点，O1点的纵坐标为ρ0，横坐标为L1，P1、P3两切线的交点为O2点，O2点的横坐标为L2，淡水含水层的上界面和下界面分别为L1和L2乘以深度校正系数。在鲁西北地区当AB/2≤100m时，深度校正系数一般为0.8～1.0。
（2）作出α角，算出目的层电阻率ρ：量出切线P1与横坐标轴的夹角（锐角），该角为α。图中α为正角，如果曲线段是下降段，则α为负角。根据α值，从α～μ相关曲线中查出μ值。本例中α=40°，相应地μ=3.9，因此ρ=ρ0·μ=8×3.9=31.2Ω.m。
该电测深点具体解释结果为：淡水含水层顶、底板深度分别为17m、60m，主要含水层在25m～35m，水质良好，矿化度小于1.5g/l。建议成井深度不超过55m。物探解释结果与钻探资料基本吻合。
5、结语
电测深曲线解释的最大难点在于其多解性，无论是量板法、辅助量板法还是计算机反演等都无法克服多解性的弊端。在野外对实测电测深曲线现场进行解释，上述解释方法更是很难做到，拐点切线法虽无一定的理论根据，但解释方法简单易懂，操作方便，解释结果与实际地层资料吻合较好，特别适用于第四系地层中寻找淡水。我们用拐点切线法定井65眼，定成全部合格。提高了成井速度，减少了打井盲目性，节约了抗旱资金。拐点切线法是将大量孔旁测深曲线与已知钻孔资料对比而得的经验数据，在使用的过程中我们还将不断完善和改进。文中不妥或谬误之处望有关方家斧正。
参考文献
[1]丁惠生，邱兰，黄淮海平原电性特征与地下水[M].地质出版社，1992.
[2]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005.
[3]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].北京：中国地质大学出版社，2004.
